DE1514958C3 - Method for closing one end of the protective tube of a nuclear reactor fuel element - Google Patents
Method for closing one end of the protective tube of a nuclear reactor fuel elementInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschließen eines Endes des Schutzrohres eines Kernreaktor-Brennelementes, wobei ein rohrförmiges Verschlußglied in das Ende des Schutzrohres so eingesetzt wird, daß die äußere Fläche des Verschlußgliedes mit der gegenüberliegenden Innenfläche des Endes des Schutzrohres in Berührung kommt, um einen zeitweiligen ersten Verschluß für den Mantel zu bilden, worauf dann das Verschlußglied mit dem Ende des Schutzrohres verschweißt und das äußere Schutzrohrende zusammen mit dem Verschlußglied mechanisch verengt wird.The invention relates to a method for closing one end of the protective tube of a nuclear reactor fuel assembly, wherein a tubular closure member is so inserted into the end of the protective tube is that the outer surface of the closure member with the opposite inner surface of the end of the Protective tube comes into contact to form a temporary first seal for the jacket, whereupon then the closure member is welded to the end of the protective tube and the outer protective tube end together is mechanically narrowed with the closure member.
Ein solches Verfahren ist aus der GB-PS 926 136 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zum Verschließen der Enden eines Hüllrohres für Urandioxydpulver als Brennmaterial für Kernreaktoren, bei dem ein Rohrverschluß mit einem zum Inneren des Hüllrohres geschlossenen halbkugelförmig ausgebildeten Ende in das Hüllrohr eingesetzt wird und mit diesem durch eine Umfangsschweißnaht verbunden wird. Die offenen Enden von Hüllrohr und Verschlußglied werden in einem Rotationsgesenk zu einem Kegelstumpf verformt.Such a method is known from GB-PS 926 136. This relates to a method for closing the ends of a cladding tube for uranium dioxide powder as fuel for nuclear reactors, in which a tube closure with a hemispherical end closed towards the interior of the cladding tube into the Cladding tube is used and is connected to this by a circumferential weld. The open ends of the cladding tube and closure member are deformed into a truncated cone in a rotary die.
Die DT-AS 1 045 562 zeigt einen Brennstoffstab für Kernreaktoren, dessen Enden durch Quetschfalten verschlossen werden, die zur Bildung eines Endverschlusses verschweißt werden und als Lagerquetschfalten zur Auflage des Brennstoffelementes auf einem Halterungsorgan ausgebildet sind.DT-AS 1 045 562 shows a fuel rod for nuclear reactors, the ends of which are closed by pinch folds that are welded to form an end seal and used as bearing pinch folds Support of the fuel element are formed on a support member.
Die DT-AS 1 099100 offenbart einenVerschlußfürein Kernreaktor-Brennstoffelement, bei dem in das Hüllrohr ein Verschlußstopfen eingesetzt ist, der sich mit einer Schulter an einer in das Hüllrohr eingepreßten Gegenschulter abstützt und von dem ein zylindrischer Teil über eine Umfangs-Kehlschweißnaht mit dem Hüllrohr verbunden wird.DT-AS 1 099100 discloses a closure for a Nuclear reactor fuel element, in which a plug is inserted into the cladding tube, which is with one shoulder is supported on a counter shoulder pressed into the cladding tube and one of which is cylindrical Part is connected to the cladding tube via a circumferential fillet weld.
Die bekannten Endverschlüsse für Hüllrohre weisen den Nachteil auf, daß lange Umfangsschweißnähte erforderlich sind. Diese Schweißnähte sind über ihre relativ große Länge sehr anfällig für Schäden, und während der Herstellung ist ,eine äußerste Genauigkeit bei der Kontrolle der Schweißnahttiefe erforderlich. Desweiteren müssen durch Schweißhitze entstehende Schäden verhindert werden, und infolgedessen ist eine laufende sorgfältige Überprüfung der Schweißnaht erforderlich. Wenn das Brennelement in einem Gesenk mit einer Einschnürung zur Halterung in einem oberen und unteren Drahtgitter im Kernreaktor versehen wird, kann die Schweißnaht durch diesen Verformungsprozeß beschädigt werden. Der bekannte Quetschfaltenverschluß weist den Nachteil auf, daß durch die Anbringung der Quetschfalten eine Reduzierung der Wandstärke des Hüllrohres sowie eine Spannungsrißbildung im Hüllrohr entstehen können. Außerdem sind die Verschlußschweißnähte bei den Lippen der gequetschten Verbindungsfalten relativ lang und haben ebenfalls die vorstehend beschriebenen Nachteile der Endstopfenverschlüsse. The known terminations for ducts have the disadvantage that long circumferential weld seams are required are. These weld seams are very susceptible to damage over their relatively long length, and during During manufacture, extreme accuracy is required when checking the depth of the weld. Further Damage caused by the heat of welding must be prevented and, as a result, is ongoing careful inspection of the weld seam required. When the fuel assembly is in a die with a Constriction is provided for holding in an upper and lower wire mesh in the nuclear reactor, can the weld seam will be damaged by this deformation process. The well-known pinch-fold closure has the disadvantage that the application of the pinch folds reduces the wall thickness of the Cladding tube and stress cracking can arise in the cladding tube. In addition, the closure welds are at the lips of the pinched connecting folds relatively long and also have the protruding ones described disadvantages of the end plug closures.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verschließen eines Schutzmantels für Kernreaktor-Brennstoffelemente ohne die Verwendung langer Schweißnähte zu schaffen, die durch die Formgebung des Endverschlusses in einem Gesenk beschädigt werden können, wobei das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduzierung der Wandstärke des Schutzmantels und eine Spannungsrißbildung in diesem vermeidet.The object of the present invention is to provide a method for closing a protective jacket for Creating nuclear reactor fuel elements without the use of long welds going through the Shaping of the end closure in a die can be damaged, the inventive Process a reduction in the wall thickness of the protective jacket and stress cracking in this avoids.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das äußere Ende des Mantels zusammen mit dem Verschlußglied mechanisch zu einem mit einer öffnung versehenen Halsstück verformt wird, und daß dann der die Schweißnahtverbindung zwischen Schutzrohr und Verschlußglied enthaltende Halsstückteil abgeschnitten wird und der verbleibende Teil des mit einer öffnung versehenen Halsstückes durch eine örtlich begrenzte Schweißung zur Bildung eines dauernden zweiten Verschlusses geschlossen wird.This object is achieved according to the invention in the method mentioned at the outset in that the outer end of the jacket together with the closure member mechanically into one with an opening provided neck piece is deformed, and that then the welded joint between the protective tube and Closure member containing neck piece part is cut off and the remaining part of the with an opening provided neck piece by a localized weld to form a permanent second seal is closed.
Ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung verschlossenes Brennelement enthält lediglich einen zentralen Stopfen, der durch die Verschlußschweißung hergestellt wird, die relativ einfach ausgeführt werden kann. Bei der Verformung des Verschlußgliedes und des Mantels im Gesenk bildet das Verschlußglied eine Stütze für den Mantel, derart, daß eine Reduzierung der Wandstärke des Mantels und eine Spannungsrißbildung in demselben vermieden werden.A fuel assembly sealed by the method according to the invention contains only a central one Plug made by the closure welding, which are made relatively simple can. When the closure member and the jacket are deformed in the die, the closure member forms one Support for the jacket, such that a reduction in the wall thickness of the jacket and stress cracking be avoided in the same.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen dieThe invention will now be explained in more detail on the basis of the drawing showing it, for example, namely they show
F i g. 1 bis 3 vergrößerte Längsschnitte, an denen die verschiedenen Stufen beim Endverschließen eines Schutzrohres eines Kernreaktor-Brennstoffelementes durch das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht sind.F i g. 1 to 3 enlarged longitudinal sections showing the various stages in the final closing of a Protective tube of a nuclear reactor fuel element illustrated by the method according to the invention are.
Die Zeichnungen zeigen ein nadeiförmiges Kernreaktor-Brennstoffelement, das Kernbrennstoffmaterial 1 aufweist, welches zwischen Pellets 2, 3 aus natürlichem Uranoxyd eingelegt ist, und ein Schutzrohr 4 umschließt den Brennstoff 1 und die Pellets 2, 3. Das Rohr 4 besteht aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 5,08 mm und einer Wanddicke von 0,4 mm, während das Brennstoffmaterial !angereichertesUranoxyd oder Plutoniumoxyd oder ein Gemisch aus diesen in Form eines Stapels von Pellets oder in Form von komprimiertem Pulver ist. Das eine Ende des leeren Rohres 4 wird durch Bearbeiten im Gesenk zu einerThe drawings show a needle-shaped nuclear reactor fuel element, has the nuclear fuel material 1, which between pellets 2, 3 of natural Uranium oxide is inserted, and a protective tube 4 encloses the fuel 1 and the pellets 2, 3. The tube 4 is made of stainless steel with an inner diameter of 5.08 mm and a wall thickness of 0.4 mm, while the fuel material is enriched uranium oxide or plutonium oxide or a mixture of these in the form of a stack of pellets or in the form of compressed powder is. One end of the empty pipe 4 becomes one by machining in the die
mit Öffnung versehenen Einschnürung verformt. Nachdem alles überschüssiges Material entfernt worden ist, wird die Öffnung durch eine Argon-Lichtuogenpunktverschweißung 5 geschlossen, so daß das Ende 6 des Rohres 4 ungefähr halbkugelförmig ist.deformed constriction provided with an opening. After all excess material has been removed, the opening is closed by an argon Lichtuogenpunktverschweißung 5, so that the end 6 of the Tube 4 is approximately hemispherical.
Nachdem das Rohr 4 gereinigt worden ist, werden ein Fixierbauteil 7 aus rostfreiem Stahl, das Pellet 2, das Brennstoff-Material 1, das Pellet 3 und ein Fixierbauteil 8 aus rostfreiem Stahl in der genannten Reihenfolge durch das offene Ende 9 des Rohres 4 eingeführt. Der Bauteil 7 hat abgerundete oder abgeschrägte Enden 10, 11 und einen längsverlaufenden Einschnitt 12, während der Bauteil 8 ein abgerundetes Ende 13 und einen Längsschnitt 14 aufweist.After the pipe 4 has been cleaned, a fixing member 7 made of stainless steel, the pellet 2, the Fuel material 1, the pellet 3 and a fixing member 8 made of stainless steel in the order named inserted through the open end 9 of the tube 4. The component 7 has rounded or beveled ends 10, 11 and a longitudinal incision 12, while the component 8 has a rounded end 13 and a Has longitudinal section 14.
F i g. 1 zeigt einen rohrförmigen Stützbauteil 15, der mit dem Ende 9 des Rohres 4 derart zusammengebaut ist, daß ein Abschnitt der Außenfläche des Bauteils 15 mit der Innenfläche des Rohrendes 9 in Eingriff kommt. Der Abschnitt des Bauteils 15 innerhalb des Rohres 4 hat ein offenes Ende mit einem radial nach innen gerichteten Flansch 16, während das sich außerhalb des Rohres 4 befindende Ende des Bauteils 15 im Gesenk bearbeitet und durch eine Argon-Lichtbogen-Punktschweißnaht 17 geschlossen wird.F i g. Fig. 1 shows a tubular support member 15 which is assembled with the end 9 of the tube 4 in this way is that a portion of the outer surface of the component 15 with the inner surface of the pipe end 9 in engagement comes. The section of the component 15 within the tube 4 has an open end with a radially facing inwardly directed flange 16, while the end of the component 15 located outside the tube 4 in the Die machined and closed by an argon arc spot weld 17.
Wenn der innere Stützbauteil 15 und das Rohrende 9, wie in F i g. 1 gezeigt, zusammengebaut sind, wird eine durch Argon-Lichtbogenschweißung hergestellte Umfangskehlnaht 18 gebildet, um diese Teile miteinander zu verbinden.When the inner support member 15 and the pipe end 9, as shown in FIG. 1 is shown assembled, becomes a circumferential fillet weld 18 made by argon arc welding to connect these parts together connect to.
Nach Herstellung der Schweißnaht 18 werden der Bauteil 15 und das Ende 9 einer Gesenkbearbeitung unterzogen, wodurch an der Baugruppe im Bereich der miteinander im Eingriff stehenden Oberflächen eine mit Öffnung versehene Einschnürung 19 (F i g. 2) gebildet wird. Die Einschnürung 19 wird dann an der durch die Pfeile 20 angedeuteten Stelle durchgeschnitten, wodurch die Schweißnähte 17, 18 entfernt werden und eine Öffnung 21 freigelegt wird. Das Rohr 4 wird dann entgast und mit Helium gefüllt, wobei die Öffnung 21 benutzt wird, die schließlich durch eine Helium-Lichtbogenschweißnaht 22 (F i g. 3) geschlossen wird, wobei der Bauteil 15 und das Rohrende 9 dicht miteinander verbunden werden.After the weld seam 18 has been produced, the component 15 and the end 9 are subjected to a die machining subjected, whereby a constriction 19 provided with an opening (FIG. 2) is formed. The constriction 19 is then at the through the arrows 20 cut through, whereby the welds 17, 18 are removed and an opening 21 is exposed. The tube 4 is then degassed and filled with helium, the opening 21 is used, which is finally closed by a helium arc weld seam 22 (FIG. 3), wherein the component 15 and the pipe end 9 are tightly connected to one another.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beispielsweise an Hand der Zeichnungen beschriebenen Einzel- heiten begrenzt. So muß der Bauteil 15 nicht den Flansch 16 aufweisen, wenn dies auch insofern vorteilhaft ist, als er einen Ausdehnungsspalt 23 bildet und die Fixierung bzw. Unterbringung des Brennstoffs 1 und der Pellets 2,3 ermöglicht.The invention is not limited to the individual items described above, for example, with reference to the drawings. unities limited. The component 15 does not have to have the flange 16, even if this is advantageous in this respect is when it forms an expansion gap 23 and the fixation or accommodation of the fuel 1 and the pellets 2.3 allows.
Bei der Ausführung von versuchsweisen Endverschlüssen wurde eine Doppelgesenkschmiedemaschine für die Gesenkbearbeitungen verwendet. Die Rohre der Brennstoffnadeln werden in einem Spannfutter gehalten, das auf einer Trommel sitzt, welche auf einem Vorschubtisch angebracht ist, der so in Grade eingeteilt ist, daß die Länge des in die Gesenke vorgeschobenen Rohres exakt gesteuert werden kann. Im Längsschnitt glich dabei die Gesenkform einem Bogen mit einem halbkreisförmigen Ende, wobei die beiden Gesenke eine Axialöffnung am Ende bildeten. Für das Ende 6 ist die Auslaßöffnung kleiner als für das Ende 9.A double die forging machine was used in the execution of experimental terminations used for die machining. The tubes of the fuel needles are held in a chuck, which sits on a drum, which is mounted on a feed table, which is thus divided into degrees is that the length of the pipe advanced into the dies can be precisely controlled. In longitudinal section the die shape resembled an arch with a semicircular end, with the two dies formed an axial opening at the end. The outlet opening is smaller for the end 6 than for the end 9.
Andere experimentelle Endverschlüsse wurden unter Verwendung einer Rotations-Drückmaschine mit Doppelwerkzeug hergestellt, wobei die Gesenke (Werkzeuge) so geformt waren, daß sie einen geraden kegelförmig zulaufenden Abschnitt zwischen dem Hauptabschnitt des Rohres und den Einschnürungen bildeten.Other experimental terminations were made using a rotary double die spinning machine manufactured, wherein the dies (tools) were shaped so that they were a straight cone-shaped tapered section formed between the main section of the pipe and the constrictions.
An beiden Enden 6 und 9 kann ein Stützbauteil verwendet werden, der dem inneren Stützbauteil 15 ähnlich ist. Er kann als Dorn dienen und trägt dazu bei, daß während der Gesenkbearbeitung möglichst wenig Risse entstehen. Für die oben angegebenen Rohrabmessungen hat der Bauteil 15 aus rostfreiem Stahl eine Wanddicke von 0,4 mm und durch den Kaltgesenk-Drückvorgang ergibt sich eine Einschnürung mit einem Außendurchmesser von 4,06 mm und ein Innendurchmesser des inneren Stützbauteils 15 (d. h. eine Größe der Öffnung oder Bohrung 21) von ungefähr 1,8 mm, d. h. eine bedeutende Verringerung im Vergleich zu dem Innendurchmesser des Rohres 4 von 5,08 mm.At both ends 6 and 9, a support member similar to the inner support member 15 can be used is. It can serve as a mandrel and helps to keep cracks as few as possible during die machining develop. For the pipe dimensions given above, the component 15 made of stainless steel has one Wall thickness of 0.4 mm and the cold die spinning process results in a constriction with a Outer diameter of 4.06 mm and an inner diameter of the inner support member 15 (i.e., a size the opening or bore 21) of about 1.8 mm, i.e. H. a significant decrease compared to the inner diameter of the pipe 4 of 5.08 mm.
Berstprüfungen bei Raumtemperatur und bei 6500C bei Rohren mit den im Gesenk bearbeiteten und geschweißten Endverschlüssen zeigten, daß in allen Fällen die Brüche in den nicht im Gesenk bearbeiteten Abschnitten des Rohres bei Drücken entstanden, die normalerweise nach den Rohrberstdaten auch zu erwarten waren.Burst tests processed at room temperature and at 650 0 C for pipes with in the die and welded end closures showed that arose in all cases, the breaks in the non-machined in the die portions of the tube at pressures that were normally to be expected according to the Rohrberstdaten.
Das Formen des Endes eines Schutzrohrs für ein nadelförmiges Kernreaktor-Brennstoffelement durch Bearbeiten im Gesenk zur Bildung einer Einschnürung ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Es sind auch andere Verfahren zum Formen der Enden derartiger Rohre ausprobiert worden, die starke Nachteile gezeigt haben, welche beim Bearbeiten im Gesenk nicht auftreten. Beim Drehen lassen sich schwer gleichmäßige Ergebnisse erzielen, und zum kegeligen Ausbilden ist eine Axialbelastung erforderlich, um das Ende in eine Form hinein zu deformieren, die größer als die Knickbeständigkeit des Hauptabschnitts des Rohrs ist, und beim Walzen entstehen Verdünnungen in der Wandung und Risse.The machining of the end of a protective tube for a needle-shaped nuclear reactor fuel element in the die to form a constriction is an essential feature of the invention. There are too other methods of forming the ends of such tubes have been tried which have shown severe disadvantages which do not occur when machining in the die. It is difficult to get consistent results when turning achieve, and tapering requires axial loading to shape the end to deform into it, which is greater than the kink resistance of the main section of the pipe, and at Rolls cause thinning in the wall and cracks.
Durch die Schweißnaht 18 wird auch sichergestellt, daß keine Axialbewegung zwischen dem Rohrende 9 und dem Bauteil 15 während des Bearbeitens im Gesenk erfolgt, während die Schweißnähte 17, 18 dazu beitragen, daß Öl aus dem Schmiersystem der Maschine, das für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird, nicht in die Brennstoffnadeln eintritt, da es sonst den Brennstoff 1 und die Pellets 2,3 verunreinigen würde.The weld seam 18 also ensures that no axial movement between the pipe end 9 and the component 15 takes place during machining in the die, while the weld seams 17, 18 do so contribute to the oil from the machine's lubrication system, which is required for the machining process, does not enter the fuel needles, otherwise it would contaminate the fuel 1 and the pellets 2,3.
Außerdem ist die Erfindung deshalb vorteilhaft, weil durch sie keine geschweißten Endkappen verwendet werden müssen, wodurch die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten und Probleme, die beim Ausrichten der Endkappen auftreten, vermieden werden und einfache Punktschweißnähte für das Abdichten verwendet werden können.In addition, the invention is advantageous in that it eliminates the use of welded end caps must be, eliminating the aforementioned difficulties and problems associated with aligning of end caps are avoided and simple spot welds are used for sealing can be.
Der Bauteil 15 stellt zwar einen zusätzlichen Bauteil dar, aber dieser wird durch die vorstehend erläuterten Vorteile aufgewogen, und die Kehlnaht 18 kann dadurch eingespart werden, daß ein Festsitz zwischen dem Bauteil 15 und dem Rohr 4 verwendet wird.The component 15 represents an additional component, but this is explained by the above Advantages outweighed, and the fillet weld 18 can be saved in that an interference fit between the component 15 and the pipe 4 is used.
Für das Bearbeiten im Gesenk hat ein Schutzrohr für ein stift- oder nadelartiges Kernreaktor-Brennstoffelement einen kleinen Außendurchmesser (z. B. 5,8 mm für das Rohr oder die Hülle 4) und eine relativ große Wanddicke (z. B. 0,38 mm für das Rohr oder die Hülle 4).A protective tube for a pin- or needle-like nuclear reactor fuel element is used for machining in the die a small outer diameter (e.g. 5.8 mm for the pipe or the sheath 4) and a relatively large one Wall thickness (e.g. 0.38 mm for the pipe or the sheath 4).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |